煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)存在問題及對策分析

孫栓柱，代家元，周春蕾，張友衛(wèi)

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)存在問題及對策分析

孫栓柱，代家元，周春蕾，張友衛(wèi)

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

文中首先分析了煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)誕生的來源，然后結(jié)合某1050 MW燃煤機組運行實例數(shù)據(jù)，分析了煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)在應(yīng)用過程中存在的煙氣攜帶工藝水量過大，進而導(dǎo)致吸收塔液位控制失調(diào)及油污導(dǎo)致漿液品質(zhì)惡化等問題，并深入闡述了上述問題帶來的影響，最后從設(shè)計、運行調(diào)節(jié)等角度提出了相應(yīng)的對策建議。

煙氣預(yù)洗滌；脫硫；吸收塔

2010年前投運的火力發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）一般均設(shè)有100%煙氣旁路煙道，利于在機組初投階段、脫硫系統(tǒng)故障停運或檢修時，煙氣可以通過旁路煙道直接排入煙囪，保證機組主設(shè)備仍然能夠正常安全運行。2008年1月23日，國家環(huán)境保護總局在第5號公告《關(guān)于修改“火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范煙氣循環(huán)流化床法”（HJ/T 178—2005）等兩項國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)的公告》中，對煙氣旁路的設(shè)計要求進行了修改，規(guī)定“新建發(fā)電機組建設(shè)脫硫設(shè)施或已運行機組增設(shè)脫硫設(shè)施，不宜設(shè)置煙氣旁路。如確需設(shè)置的，應(yīng)保證脫硫裝置進出口和旁路擋板門具有良好的操作和密封性能”［1-5］。

2010年6月17日，環(huán)境保護部緊急發(fā)布《關(guān)于火電企業(yè)脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實施鉛封的通知》（環(huán)辦［2010］91號），決定對所有火電企業(yè)脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實施鉛封，且鼓勵火電企業(yè)逐步拆除已建脫硫設(shè)施的旁路煙道，同時要求所有新建燃煤機組不得設(shè)置脫硫旁路煙道。取消旁路后，F(xiàn)GD成為火力發(fā)電機組不可解列的重要部分，只要機組煙氣系統(tǒng)運行，F(xiàn)GD就必須同步運行。在鍋爐初投階段，特別是冷態(tài)啟動過程中，雖然部分機組設(shè)計了等離子點火系統(tǒng)，但由于在冷態(tài)啟動投入等離子磨時熱風(fēng)溫度較低，使磨的出口風(fēng)粉溫度提高困難，從而影響啟動初期的燃燒，影響鍋爐的升溫升壓速度，所以為保證機組運行的安全，運行人員不得不投油穩(wěn)燃，基本上不能實現(xiàn)無油或者少油點火。在投油運行時，為了防止油槍霧化不良，未燃盡的油滴玷污電除塵器的極板，從而降低除塵器的除塵效率，所以一般不能立即投用電除塵系統(tǒng)。為了避免油污及高濃度粉塵對脫硫系統(tǒng)的不利影響，亟需對原煙氣進行處理，否則原煙氣超溫對吸收塔系統(tǒng)安全造成影響，同時油污等對漿液的污染勢必影響漿液品質(zhì)，嚴重者產(chǎn)生起泡、中毒等問題［6-10］。此時，煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)便應(yīng)運而生。

1　煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)原理及作用

1.1典型石灰石—石膏濕法脫硫工藝簡介

典型石灰石—石膏法煙氣脫硫裝置一般由吸收劑制備系統(tǒng)、煙氣吸收及氧化系統(tǒng)、脫硫副產(chǎn)物處置系統(tǒng)、脫硫廢水處理系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)等組成。鍋爐煙氣由引風(fēng)機排出，經(jīng)進口煙氣擋板門進入脫硫增壓風(fēng)機，通過煙氣換熱器后進入吸收塔，充分接觸脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去帶走的小液滴，再通過煙氣換熱器從煙囪排放。脫硫副產(chǎn)物經(jīng)過旋流器、真空皮帶脫水機脫水后成為脫水石膏。

1.2煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)原理

取消FGD煙氣旁路后，主機鍋爐任何工況下產(chǎn)生的任何煙氣都必須進入到脫硫煙氣及吸收系統(tǒng)中。在鍋爐投油啟動階段，進入到FGD中的煙氣在某些時段會出現(xiàn)煙塵及油污含量過多的問題，因此在吸收塔入口原煙氣煙道段設(shè)置煙氣預(yù)洗滌裝置，其作用是最大限度地減緩煙氣中煙塵及油污的含量。煙氣預(yù)洗滌裝置只在鍋爐啟動階段選擇性的投運 （一般最大承受鍋爐30%BMCR工況下的煙氣量），鍋爐煙氣正常后不再投運該裝置，因此該裝置的設(shè)置不能影響煙道系統(tǒng)的正常運行。

1.3工藝說明

以某1050 MW塔式鍋爐設(shè)計的脫硫系統(tǒng)為例，介紹煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)的工藝流程，該機組脫硫系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1　配置預(yù)洗滌系統(tǒng)的脫硫系統(tǒng)煙氣工藝流程簡圖

在每個吸收塔入口原煙道垂直上升段（直段上部）設(shè)置有噴淋裝置（由合金鋼管及噴嘴），噴淋方向與煙氣流向相反，煙道外部通過閥門和管道控制噴淋液的供給，噴淋液一部分通過煙氣帶入到吸收塔內(nèi)，另一部分向下落入設(shè)置在煙道底部的洗滌液收集槽中。

洗滌液收集槽為煙道的一部分，采用碳鋼涂鱗方式，收集槽低端水平設(shè)置外排管道，外排管道深入到煙氣預(yù)洗滌液地坑最低工作液位下，等同“水封”。每個煙氣預(yù)洗滌液地坑分別布置在原煙氣洗滌液收集槽旁邊，其結(jié)構(gòu)形式當(dāng)同與FGD排水坑，每個地坑設(shè)置2臺自吸式地坑泵（一運一備）。

煙氣預(yù)洗滌裝置運行時，根據(jù)煙氣預(yù)洗滌液地坑液位控制地坑泵自動運行，把該地坑中的洗滌液外排到新增的預(yù)洗滌液緩沖箱中緩沖循環(huán)使用。在煙氣預(yù)洗滌裝置準(zhǔn)備運行前，首先往預(yù)洗滌液緩沖箱中注滿工藝水待用，通過預(yù)洗滌循環(huán)泵把預(yù)洗滌液緩沖箱中的洗滌液輸送到需要運行的煙氣預(yù)洗滌噴淋層，煙氣預(yù)洗滌結(jié)束后停運預(yù)洗滌循環(huán)泵并關(guān)斷煙氣預(yù)洗滌噴淋層管道閥門以隔絕煙氣。預(yù)洗滌液緩沖箱還設(shè)置有煙氣預(yù)洗滌液外排泵，煙氣預(yù)洗滌結(jié)束后需要通過該泵把預(yù)洗滌液緩沖箱中的洗滌液外排至電廠煤水處理系統(tǒng)進行處理后回用。

2　煙氣預(yù)洗滌處理技術(shù)存在問題分析

某1050 MW塔式鍋爐設(shè)計的脫硫系統(tǒng)未帶旁路煙道，裝設(shè)有預(yù)洗滌系統(tǒng)，在鍋爐初始投油運行階段，啟運預(yù)洗滌系統(tǒng)，其中預(yù)洗滌地坑及吸收塔液位變化如圖2、圖3所示。

圖2　預(yù)洗滌地坑液位變化趨勢

圖3　吸收塔液位變化趨勢

其中該廠預(yù)洗滌地坑設(shè)計尺寸為4 m×4 m×4 m，有效容積為55 m3，配置2臺預(yù)洗滌提升泵，其中一運一備，提升泵為自吸式，設(shè)計流量為380 m3/h，壓頭為30 m。通過圖2曲線可以計算出，預(yù)洗滌地坑液位從3 m降至1.5 m，平均用時5 min 26 s，按照預(yù)洗滌系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，可計算出工藝水經(jīng)預(yù)洗滌噴嘴噴入原煙氣煙道后，回流到地坑流量：

式（1）中：V提升泵為預(yù)洗滌提升泵設(shè)計流量；T為地坑液位從3 m降到1.5 m耗時；L為地坑內(nèi)工質(zhì)減少體積。

通過式（1）計算回流到地坑流量為114 m3/h。在鍋爐投油初始投運階段，將所有吸收塔補水及補漿閥門關(guān)閉，即吸收塔液位的上升全部由原煙氣攜帶預(yù)洗滌液導(dǎo)致，根據(jù)圖3，可以計算出吸收塔每27 min 12 s，液位上升0.167 m，吸收塔吸收區(qū)直徑設(shè)計為20.5 m，則原煙氣攜帶預(yù)洗滌液至吸收塔流量為：

式（2）中：r為吸收塔半徑；H為吸收塔液位上升高度；TS為液位上升耗時。

通過式（2）計算原煙氣攜帶預(yù)洗滌液至吸收塔流量為121.5 m3/h。在鍋爐投油初始投運階段，引風(fēng)機出口煙氣溫度較低，一般在35℃以下，經(jīng)煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)噴淋后，脫硫塔進口煙氣溫度降繼續(xù)下降，一般在30℃以下，煙囪排口煙氣濕度一般在1%以下，因此可近似忽略煙氣攜帶排入大氣的水分。預(yù)洗滌漿液循環(huán)泵實時供給流量為：

計算式（3）得V=235.5 m3/h。攜帶至吸收塔的預(yù)洗滌液占比總流量：

計算式（4）得η=51%。上述分析說明煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)噴射的工藝水及油污、未燃盡煤粉大部分被煙氣攜帶進入吸收塔，帶來以下幾方面問題：

（1）煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)投運時段為機組初始點火、暖爐階段，該時段為了助燃會投入油槍帶少量煤粉運行，由于燃燒不充分，煙氣黑度較大，其中未燃盡煤粉、油污含量較大。上述雜質(zhì)攜帶進入吸收塔，將直接導(dǎo)致吸收塔水質(zhì)污染，進而產(chǎn)生起泡問題，嚴重者將導(dǎo)致吸收塔中毒、系統(tǒng)控制失調(diào)，影響機組安全運行。

（2）從上述某1050 MW機組煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)投運階段實例數(shù)據(jù)可以看到，由于預(yù)洗滌工藝水大部分被煙氣攜帶進入吸收塔，導(dǎo)致3 h內(nèi)吸收塔液位上升達1 m左右。同時，吸收塔漿液經(jīng)與煙氣部分反應(yīng)后，pH值不斷升高，為了控制pH值在吸收塔設(shè)計范圍之內(nèi)，需要通過漿液供給泵補入新鮮漿液，而此時吸收塔底部形成的反應(yīng)生成物往往又達不到石膏脫水的要求，因此煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)投運階段吸收塔液位、pH無法實現(xiàn)自動協(xié)調(diào)控制。

3　對策分析

針對煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)運行過程中存在的問題，從設(shè)計及運行角度提出如下對策建議：

（1）合理設(shè)置預(yù)洗滌噴淋裝置安裝位置及工藝水噴射角度。目前國內(nèi)安裝預(yù)洗滌系統(tǒng)的機組噴淋裝置一般設(shè)置在吸收塔入口原煙道垂直上升段 （直段上部），該位置緊鄰煙道拐角處。為了盡量避免預(yù)洗滌工藝水被攜帶進入吸收塔，建議設(shè)計單位在工藝水噴淋位置、噴射角度選擇時考慮工藝水沉降特性、煙氣流速影響及煙道轉(zhuǎn)向影響，盡量保證較高的工藝水回收率。

（2）設(shè)置消泡劑添加系統(tǒng)，緩解油污危害。機組初始投油階段，雖然預(yù)洗滌系統(tǒng)已投運，但仍然會存在部分燃燒未充分的油污進入吸收塔，然后在攪拌器、循環(huán)泵以及氧化空氣的共同作用下，極易產(chǎn)生泡沫，進而導(dǎo)致液位測量失真，嚴重者導(dǎo)致溢流及循環(huán)泵的氣蝕，此時可通過在吸收塔補充介質(zhì)中增加消泡劑，消除或抑制吸收塔中泡沫的生成或作用，以緩解油污帶來的危害。一般而言消泡劑進入吸收塔后，10 min左右即可有效改善泡沫的生成，緩解油污的污染問題。

（3）長時間低負荷運行時加大廢水的排放。鍋爐長時間低負荷投油槍運行時，雖然煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)能夠減少部分油污進入吸收塔，但從第二章的分析中可以看出，被煙氣攜帶進入吸收塔的工藝水量仍然達到總流量的一半以上，因此極易導(dǎo)致吸收塔內(nèi)油污的富集，造成吸收塔漿液品質(zhì)的持續(xù)惡化，此時運行人員應(yīng)通過開啟石膏旋流器及廢水旋流器的備用旋流子［11］，加大廢水的連續(xù)排放量。

4　結(jié)束語

煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)是為了避免旁路煙道拆除后原煙氣超溫、油污污染等問題而新增的應(yīng)急技術(shù)，而該技術(shù)在應(yīng)用過程中仍存在煙氣攜帶工藝水量過大等問題。本文針對上述問題進行了深入分析并提出了相應(yīng)的對策建議，為煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)的進一步優(yōu)化運行奠定了基礎(chǔ)。

［1］馮庭有，彭文勝，楊 彪，等.1036 MW超超臨界機組海水脫硫系統(tǒng)取消旁路煙氣擋板的實施經(jīng)驗［J］.電力建設(shè)，2012，33（8）：78-81.

［2］荊永昌，袁 波，陳榮軒，等.300 MW煙塔合一機組取消煙氣旁路濕法脫硫系統(tǒng)的運行［J］.中國電力，2009，42（11）：57-60.

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孫栓柱（1973），男，江蘇徐州人，研究員級高級工程師，研究方向為火電廠脫硫脫硝在線監(jiān)測；

代家元（1985），男，河南信陽人，工程師，研究方向為火電廠節(jié)能減排設(shè)施調(diào)試、性能評估；

周春蕾（1973），女，江蘇南京人，工程師，研究方向為火電廠性能評估研究；

張友衛(wèi)（1986），男，云南馬關(guān)人，工程師，研究方向為火電廠性能評估研究。

Analysis of Problems and Countermeasures of the Flue Gas Pre Washing Treatment Technology

SUN Shuanzhu，DAI Jiayuan，ZHOU Chunlei，ZHANG Youwei
（Jiangsu Frontier Electric Power Technology Co.Ltd.，Nanjing 211102，China）

This paper introduced the origin of the flue gas pre washing treatment technology.Base on the field data of one 1050 MW coal-fired power plant，the paper analyzed the problems associated with the operation of flue gas pre washing treatment technology.For example too much water was entrained with gas，which would result in liquid level control disorders of absorption tower and the slurry quality deterioration caused by oil contamination.The influence of such problems was discussed，then the corresponding suggestions on design and operation regulation were proposed.

flue gas pre washing treatment technology；desulphurization；absorption tower

X51

B

1009-0665（2016）04-0087-03

2016-03-11；修回日期：2016-04-23